今年过完年接了个项目，一家中小型饮料厂要做灌装线自动化改造。
这家厂做果汁饮料的，之前灌装是半自动的——人工把瓶子放到灌装头下面，踩脚踏开关灌一瓶，然后人工旋盖。一天干下来也就灌个两三千瓶，效率低不说，工人手腕都干出腱鞘炎了。
老板咬咬牙说上全自动。我一听眼睛亮了，这种从半自动改全自动的项目，最有搞头。
项目需求拆解
跑了三天现场，做了一整天跟线，把工艺流程摸透了：
空瓶上料→瓶子清洗（他们现有的冲瓶机）→灌装机→旋盖机→贴标→喷码→装箱
老板的要求很明确：
1. 产能每小时不低于1200瓶（500ml PET瓶）
2. 灌装精度±2ml以内
3. 旋盖要拧紧，不能漏气，也不能把盖子拧花
4. 换规格方便，200ml到1L的瓶子要能兼容
方案设计和选型
核心设备选型：
灌装机：选了一台6头常压灌装机，配6个气动灌装阀。每个灌装阀独立控制，灌装量用流量计+时间模式双重保障。流量计精度0.5级，灌装时间由PLC控制，确保±2ml的精度。
旋盖机：3头磁力旋盖头，扭力可调范围0.5-5N·m。磁力旋盖的好处是——如果瓶盖歪了或者卡住了，磁力打滑不会拧坏瓶子。
输送系统：链板式输送带，宽度82mm，总长12米。变频电机驱动，速度可调范围5-15米/分钟。
控制系统：选了汇川H5U系列PLC做主控制器，配了一个10寸的汇川触摸屏。选汇川的原因有三：性价比高，技术支持响应快，最关键的是H5U支持EtherCAT总线，控制伺服和远程IO特别方便。
电气系统配置
PLC主站：汇川H5U-1614MTD，16输入14输出晶体管型
远程IO：GL10-RTU-ECT，共4个，分布在灌装机、旋盖机、输送段和贴标机位置
伺服驱动：汇川SV660系列，3套——分别控制灌装头升降、旋盖头升降和进瓶螺杆
变频器：汇川MD500，2台——输送带和回流板链
传感器：光电传感器12个（检测瓶子到位），色标传感器2个（贴标定位）
编程那点事
整个程序分成了几个功能块：
① 进瓶同步模块：进瓶螺杆和输送带的速度要精确匹配。螺杆是伺服驱动的，瓶子通过螺杆节距排列后，以固定间距进入灌装工位。进瓶频率和灌装阀动作频率保持严格同步。
算了一组参数：
输送带线速度 = 5.2米/分钟
瓶子间距 = 120mm
则瓶子到达频率 = 5.2 / 0.12 / 60 ≈ 0.72个/秒
6头灌装机，每个灌装阀的灌装周期 = 0.72 / 6 ≈ 0.12秒/次。但实际灌装时间需要至少350ms，所以用了一个缓冲进瓶逻辑：瓶子提前进入灌装区的等待位，等所有灌装阀就绪后同步进瓶。
② 灌装控制模块：用流量计累计灌装量，到了设定值关阀。为了防滴漏，做了两段关阀——先快速关到90%，再慢速关到位。
③ 旋盖控制模块：瓶子到位→旋盖头下降→磁力头旋盖→扭力到达设定值3.2N·m（经过反复测试确定的最佳值）→旋盖头上升。整个过程约0.8秒。
④ 报警和故障处理：缺瓶不灌、无盖不旋、卡瓶停机报警。这些连锁保护一个不能少。
调试现场——最难忘的一天
设备装好了，通电调试。前面都挺顺，灌装精度实测最大偏差±1.6ml，超出预期。旋盖也很漂亮，扭力均匀。
但到了联机跑起来的时候，出幺蛾子了。
进瓶螺杆和灌装机之间的衔接段，瓶子总是歪。空瓶过来的时候站不稳，一到灌装头下面，瓶子就倒了。输送带是动的，倒一个后面就倒一片，哗啦啦倒一排。
站在产线前面看了整整四个小时，一瓶一瓶地观察。最后发现了问题：进瓶螺杆出来的瓶子速度比输送带稍微快了一点点，瓶子到了输送带上之后有一个短暂的”追尾”动作——后一个瓶子的底部推了一下前一个瓶子的底部，前一个瓶子重心一歪就倒了。
原因找到了就好办。在螺杆出口和灌装入口之间加了一小段过渡板，宽度刚好卡住瓶底。同时调整了伺服的速度曲线，把螺杆出瓶速度降了8%。就这么两个改动，瓶子稳如老狗，再也不倒了。
第一次试产
调好之后第一次试产，连续跑了8个小时，灌了将近10000瓶。统计数据如下：
总灌装数：9680瓶
合格数：9580瓶
不合格数：100瓶（主要是贴标歪了）
一次合格率：98.96%
老板过来看了，笑了：”比人工强太多了，原来一个班8个人干3000瓶，现在两个人看线干10000瓶。”
跟他说，熟练之后产量还能再提，目前是保守跑的，灌装时间还可以压缩，冲击1400瓶/小时没问题。
总结几点经验
1. 做产线联机，一定要先画工艺流程图——别上来就写程序。把设备布局、物料流向、控制逻辑画清楚了再动手，少走80%的弯路。
2. 硬件选型要留余量——伺服驱动器功率都留了30%的余量。
3. 传感器布置要多留几个位置——在输送线上每隔300mm预埋了安装槽，调试的时候可以根据需要随时加传感器。前期设计多花半天，后期调试省三天。
4. 磁力旋盖头是明智之选——调试期间至少有几十次因为瓶子不到位导致旋盖歪了，如果是刚性旋盖头，瓶子早就碎了。磁力打滑一下就没事。
这个项目从签合同到验收，前后55天。硬件部分投入大约11万（不含灌装和旋盖主机，主机是客户采购的），调试费人工费另算。最重要的是客户满意了，后面又给介绍了两个活儿。